南祁连盆地木里坳陷位于青海省境内, 地处祁连山脉中部-疏勒南山与托莱南山东部, 南与下日哈坳陷相接, 西为疏勒坳陷, 面积约为2600 km²(图 1)。为高海拔丘陵地形, 海拔高度在4000 m左右, 发育常年冻土层。

木里坳陷矿产资源丰富, 木里煤田主要煤矿实际年生产能力可达150×10⁴ t, 是青海省重要的煤炭生产基地。木里冻土区天然气水合物资源丰富, 中国地质调查局在木里冻土区钻探12口水合物井, 并取得天然气水合物的实物样品(庞守吉, 2012), 2015年在中国地质调查局钻探的水合物井附近又钻探11口水合物钻孔, 其中4口井见天然气水合物, 新鲜岩心表面肉眼可见各种级别的油气显示, 如油迹、油斑、油浸, 甚至是沥青(曹代勇等, 2012)。玉门油田在木里坳陷先后钻探了木参1井和木参2井, 均有不同程度的油气显示。木参1井在690.08～690.23 m井段裂缝表面见褐色原油, 在933.86～942.14 m处取心见荧光显示1.30 m。 831～872 m井段全烃气测为0.2％～3.4%, 均值为1.2%；1671～1688 m井段全烃为0.3％～2.7%, 均值为2.0%(图 2)。然而, 木里坳陷迄今未钻遇油气层, 油气勘探尚未突破。木里坳陷有无油气勘探潜力、资源基础如何是当前迫切需要回答的问题。烃源条件和资源评价研究成为首要工作。符俊辉和周立发(1998) 在野外地质调查工作的基础上, 提出南祁连盆地可能发育4套烃源岩系, 即石炭系暗色泥(灰)岩、下二叠统草地沟组暗色灰岩、上三叠统尕勒得寺组暗色泥岩和侏罗系暗色泥页岩。随后, 不同学者分析了南祁连盆地侏罗系以下潜在烃源岩野外地质样品的地球化学数据, 从不同角度对其地球化学特征进行了论述, 这些研究均是基于野外露头分析数据(任拥军等, 2000；谢其锋等, 2011, 2015；谢其锋, 2012；杨梦辉, 2012；袁二军等, 2013)。对木里坳陷烃源岩评价的缺乏系统的钻井资料。南祁连盆地历经多期构造运动, 烃源岩数次抬升与深埋, 热演化史的恢复对于该区烃源岩和资源评价尤为重要。木里坳陷烃源岩热演化史研究迄今未见有相关报道

木参1井钻获了很多宝贵的烃源岩样品, 为开展相关研究提供了有利条件。笔者对木参1井烃源岩地化特征进行了详细分析研究；结合盆地构造演化特征、烃源岩沉积演化与展布特征和储集层流体包裹体数据对木里坳陷烃源岩热演化史进行了恢复；利用盆地模拟软件对研究区的油气资源量进行了初步测算, 以期对该区油气勘探有所助益。

木参1井钻探的侏罗系为一套粗碎屑岩夹泥岩和不稳定煤层组合, 钻遇泥岩334 m, 占侏罗系总厚度的44.5%。上三叠统尕勒得寺组为细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩的组合, 钻遇泥岩143 m, 占上三叠统尕勒得寺组厚度的19.6%。

1 烃源岩地球化学特征 1.1 有机质丰度

评价岩石中有机质丰度的有机地球化学指标很多, 较常用的为有机碳含量(TOC)、氯仿沥青“A”、总烃和生烃潜量等(卢双舫等, 2008；曾旭等, 2015)。有机碳含量能直接反映岩石有机质丰度的高低, 测试方便、快捷, 准确度高, 可重复性好, 是目前评价有机质丰度最有效、最可靠的指标。热解分析结果对未成熟烃源岩来说一般能反映其真正原始产烃潜力, 但对已成熟烃源岩尤其是高成熟烃源岩只能测到其残余生烃潜力(黄飞和辛茂安, 1995)。随着变质程度的加强和成熟度的提高, 生烃潜量(S₁+S₂)指标会明显变小(卢双舫等, 2008)。本次研究中, 侏罗系烃源岩处于成熟阶段初期, 有机碳含量和生烃潜量(S₁+S₂)指标可以用来评价有机质丰度。而上叠系烃源岩成熟度高, 主要采用有机碳含量作为评价指标。整体上, 逆冲推覆在侏罗系之上的T₃a(上三叠统阿塔寺组)和T₃g泥岩TOC普遍低于0.5%, 为非烃源岩；侏罗系江仓组(J₂j)和侏罗系木里组(J₂m)泥岩为好烃源岩, J₂m还发育碳质泥岩与煤；T₃g泥岩TOC均为1.0左右, 为中等-好烃源岩(图 2)。

J₂j泥岩的TOC为0.72％～1.17%, 均值为0.87%。其中, TOC为0.5％～1.0%的泥岩比例为90%。S₁+S₂为0.38～1.65 mg/g, 均值为1.03 mg/g, 其中, S₁+S₂为0.5～2.0 mg/g的泥岩比例为90%, 综合评价为中等-好烃源岩(图 3、 图 4)。

J₂m泥岩的TOC为0.36％～22.8%, 均值为2.32%, 其中, TOC为1.0%～2.0％的泥岩比例为39%, TOC大于2.0％的泥岩比例为36%。S₁+S₂为0.4～9.12 mg/g, 均值为2.46 mg/g；其中, S₁+S₂为0.5～2.0 mg/g的泥岩比例为46%, S₁+S₂为2.0～6.0 mg/g的泥岩比例为43%, 综合评价为好烃源岩(图 3、 图 4)。

T₃g泥岩的TOC为0.8％～2.9%, 均值为1.2%；其中, TOC为0.5％～1.0%的泥岩比例为21%, TOC为1.0%～2.0％的泥岩比例为53%。S₁+S₂为0.07～2.79 mg/g, 均值为0.56, 其中, S₁+S₂低于0.5 mg/g的泥岩比例为65%, S₁+S₂为0.5～2.0 mg/g的泥岩比例为33%, 综合评价为中等-好烃源岩(图 3和图 4)。

从有机质丰度上看, 侏罗系与T₃g泥岩有机质丰度较高, 为中等-好烃源岩。此分析结果总体上与野外露头样品的分析结果一致(郝爱胜等, 2016)。

1.2 有机质类型

同一条件下, 不同类型有机质的生烃产物有很大区别。有机质类型在一定程度上影响着油气生成的性质。有机质类型采用三类四分法, 将有机质(干酪根)类型划分为腐泥型(Ⅰ)、腐殖腐泥型(Ⅱ₁)、腐泥腐殖型(Ⅱ₂)及腐殖型(Ⅲ)三类4种(黄飞和辛茂安, 1995)。

岩石热解氢指数(HI)与岩石热解峰温(t_max)的范式图是被广泛应用的有机质类型评价图版。当t_max超过475℃时, 有机质进入高成熟阶段, 图版区分有机质类型的能力变差。由图 5可以看出, 侏罗系泥岩的有机质类型丰富, 以Ⅲ型和Ⅱ₂型为主, 少见Ⅱ₁型、Ⅰ型干酪根。侏罗系泥岩的TI(干酪根有机显微组分指数)值为-83～59, 有机质类型以Ⅲ型为主, 见Ⅱ₂和Ⅱ₁型干酪根(图 2)。侏罗系泥岩Pr/Ph值为0.27～1.51, 指示强还原-弱氧化环境。C₁₉-C₂₁三环萜烷可能来源于高等植物中的二萜类先质, 长链三环萜烷(特别是高碳数三环萜烷, 如C₂₆以上)来源于细菌类或藻类等低等水生生物(Peters et al., 2005)。高等植物为母质的原油含有丰富的C₂₄四环萜烷(Ekweozor and Gormly, 1983)。侏罗系泥岩抽提物中三环萜烷以C₂₃三环萜烷为主峰, 检测到丰富的C₂₄四环萜烷, 说明泥岩有机质母质主要来源于高等植物；检测到丰富的C₂₆-C₂₉三环萜烷, 说明烃源岩有机质母质有丰富的水生生物混入(图 6)。且泥岩的伽马蜡烷含量较高, 反应其沉积水体的盐度高。木侏罗系泥岩抽提物中C₂₇和C₂₉规则甾烷含量高, C₂₇-C₂₈-C₂₉规则甾烷相对含量呈“V”型, 说明煤和碳质泥岩的有机质母质来源主要为混源(图 6)。总之, 侏罗系泥岩有机质类型多样, Ⅲ型-Ⅰ型均有发现, 说明侏罗系泥岩既能生气也可以生成一定量的油。

由图 2可以看出, T₃g泥岩的t_max普遍处于520℃, 图 5的图版已经不能判识其有机质类型。根据野外露头数据, T₃g泥岩有机质类型为Ⅲ型和Ⅱ型(郝爱胜等, 2016)。

1.3 有机质成熟度

烃源岩热演化评价指标很多, 有机岩石学指标是常用的参数(李鑫等, 2007)。从图 2可以看出, 侏罗系泥岩R_o为0.96％～1.67%, 均值为1.2%, 处于成熟-高成熟阶段, 主要为成熟阶段；T₃g泥岩的R_o为1.83％～2.17%, 均值为2.0％, 处于高成熟-过成熟阶段。

2 烃源岩热演化史恢复

自上三叠统尕勒得寺组沉积后, 木里坳陷经历了3期构造抬升运动, 第1期发生在早侏罗世, 第2期在晚白垩世, 最剧烈的第3期发生在古近世以后的喜马拉雅期。木里坳陷的地质分幅为野牛台、下环仓和刚察。从野牛台幅可以看出, 中下侏罗统厚度超过1000 m, 白垩系厚度为1000～1500 m；刚察幅可以看出, 上侏罗统地层厚度超过1704 m。应用地热指标法对剥蚀厚度进行了恢复的侏罗纪末-古近世的地层剥蚀厚度为2696 m, 晚三叠世-早侏罗世的地层剥蚀厚度为530 m。

图 7可以看出, 侏罗系烃源岩在早白垩世中期开始进入成熟阶段, 白垩纪末期抬升, 古新世末期再次深埋, 在始新世热演化程度达到最高值(R_o≈1.2%), 随后喜马拉雅期构造运动抬升。因此, 侏罗系烃源岩在始新世经历了二次生烃, 此时烃源岩正处于生油窗阶段。侏罗系砂岩的流体包裹体测温结果显示, 储集层中发育2期油气包裹体。第1期油气包裹体发育于砂岩石英颗粒成岩次生加大早中期, 丰度极低(GOI小于1％), 包裹体大多为环石英颗粒加大边内侧或沿切穿砂岩石英颗粒的成岩期微裂隙成线状或成带分布, 均为呈深褐色、灰褐色的重质油包裹体。第2期油气包裹体发育于砂岩石英颗粒成岩次生加大期后, 发育丰度中等(GOI为2％±), 包裹体大多为沿切穿砂岩石英颗粒及其加大边的成岩期后微裂隙成线状或成带分布。包裹体中液烃呈淡黄色、黄色, 显绿色、黄绿色荧光；气烃呈灰色, 无荧光显示。其中, 油包裹体占35%±, 油气包裹体占50%±, 天然气包裹体占15%±(图 8)。两期包裹体分别对应木参1井侏罗系烃源岩未熟-低熟阶段和成熟阶段。

图 9可以看出, 上三叠统尕勒得寺组烃源岩在早侏罗世早期进入未熟-低熟阶段, 随后构造抬升；在早侏罗世中期开始深埋, 晚白垩世中期再次抬升, 古新世末期再次深埋, 在始新世热演化程度达到最高值(R_o≈2.0) , 随后喜马拉雅期构造运动抬升。因此, 上三叠统尕勒得寺组烃源岩经历了多期生烃, 早期未熟-低熟阶段生烃, 随后二次生烃直至深埋至高成熟阶段, 始新世再次生烃。二次生烃时期为大量生烃期, 早期的未熟-低熟阶段和始新世生烃量有限。木参1井上三叠统尕勒得寺组砂岩粒间孔隙中不含油, 无荧光显示。砂岩中大部分石英颗粒具典型的次生加大特征, 局部视域中可见发育于石英次生加大期后的砂岩粒间方解石胶结物, 且方解石胶结物交代石英颗粒, 说明油气侵位时间较晚, 砂岩成岩作用较强。该砂岩发育2期油气包裹体, 第1期油气包裹体发育于砂岩石英颗粒次生加大早中期, 丰度中等(GOI为2％±), 包裹体大多为环石英颗粒加大边内侧或沿切穿砂岩石英颗粒的成岩期微裂隙成线状或成带分布。均为呈深褐色、灰褐色的重质油包裹体。第2期油气包裹体发育于砂岩石英颗粒成岩次生加大期后, 发育丰度中等偏高(GOI为4％±), 包裹体大多为沿切穿砂岩石英颗粒及其加大边的成岩期后微裂隙成线状或成带分布。均为深灰色的天然气包裹体或透明无色-灰色的天然气+盐水包裹体(图 10)。2期包裹体分别对应木参1井上三叠统尕勒得寺组烃源岩未熟-低熟阶段和成熟-高成熟阶段。

3 资源量评价

利用成因法计算油气生成量需要烃源岩等厚图、TOC等值线图, HI等值线图、R_o等值线图、埋深等值线图等基础图件。由于研究区勘探程度很低, 上述参数均通过木参1井选取。TOC、HI利用木参1井各烃源岩层的均值。通过木参1井泥岩、碳质泥岩和煤占地层总厚度的比例乘以地层总厚度得到烃源岩等厚图。中侏罗统煤层的厚度超过20 m, 在坳陷的西北部、中南部和东南部地区煤层厚度可超过50 m, 最厚达57 m；中侏罗统泥岩厚度一般超过150 m, 在坳陷的西北部、中南部和东南部地区泥岩厚度可超过450 m, 最厚达451 m。上三叠统尕勒得寺组煤层厚度普遍超过10 m, 在坳陷的西部和中部地区煤层厚度可超过50 m, 最厚可达65 m；上三叠统尕勒得寺组泥岩厚度均超过200 m, 在坳陷的西南部和中南部地区煤层厚度可超过800 m, 最厚可达942 m。R_o等值线图利用木参1井实测R_o校正。木里坳陷侏罗系烃源岩的生烃中心位于坳陷西北部和南部；上三叠统尕勒得寺组烃源岩的生烃中心位于坳陷的西南部和南部。计算得到研究区总生油量为3.8×10⁸ t, 总生气量为10.9×10¹² m³。本次选用的油运聚系数为3%, 天然气运聚系数为0.5％～2.0％。油资源量为1 140×10⁴ t, 天然气资源量为(545～2 180) ×10⁸ m³。由此可见, 木里坳陷的勘探潜力值得重视。

4 结论

南祁连盆地木里坳陷上三叠统尕勒得寺组(T₃g)和侏罗系烃源岩发育, 有机质丰度高, 达到中等-好级别。上三叠统尕勒得寺组烃源岩有机质类型为Ⅲ型和Ⅱ₂型, 侏罗系烃源岩有机质类型多样, 以Ⅲ型和Ⅱ₂型为主, 部分为Ⅱ₁型和Ⅰ型。T₃g和侏罗系烃源岩有机质分别处于高-过成熟的生气阶段和成熟阶段。侏罗系烃源岩在始新世经历了二次生烃, 此时烃源岩正处于生油窗阶段；侏罗系砂岩发育2期油气包裹体, 分别对应木参1井侏罗系烃源岩未熟-低熟阶段和成熟阶段。上三叠统尕勒得寺组烃源岩经历了多期生烃, 二次生烃时期为大量生烃期, 早期未熟-低熟阶段和始新世阶段的生烃量有限。砂岩中也发育2期油气包裹体, 分别对应木参1井上三叠统尕勒得寺组烃源岩未熟-低熟阶段和成熟-高成熟阶段。初步计算结果显示木里坳陷油资源量为1140×10⁴t, 天然气资源量为(545～2180) ×10⁸ m³, 具备较大的勘探潜力。